Upload
ana-alil
View
54
Download
4
Embed Size (px)
Citation preview
NAUČNI RAD
Primena elektrohemijskih metoda za ispitivanje interkristalne korozije
zavarenog spoja austenitnog nerđajućeg čelika 19Cr-9Ni
B.V. Jegdić*1, A.B. Alil1 Z.R. Milutinović1, Z. Odanović2, B.R. Gligorijević1 i B.T. Katavić1
1Institut GOŠA, Milana Rakića 35, 11000 Beograd
2 Institut IMS, Bulevar vojvode Mišića 43, 11000 Beograd
* Autor za prepisku: Bore Jegdić, Institut GOŠA, Milana Rakića 35, 11000 Beograd Tel.: 011 / 2412 222; Fax: 011 / 2410 977 E-mail: [email protected]
1
Primena elektrohemijskih metoda za ispitivanje interkristalne korozije
zavarenog spoja austenitnog nerđajućeg čelika 19Cr-9Ni
Izvod
Ispitivan je stepen senzibilizacije zavarenog spoja austenitnog nerđajućeg čelika 19Cr-
9Ni elektrohemijskim metodama: elektrohemijske potenciokinetičke reaktivacije sa povratnom
petljom (DL EPR) u rastvoru H2SO4 + KSCN i merenjem korozionog potencijala u kapi rastvora
HNO3 + FeCl3 6H2O + HCl. Pokazano je da postoji relativno dobra saglasnost rezultata
ispitivanja između navedenih elektrohemijskih metoda. Metoda merenja korozionog potencijala
je jednostavna, nerazarajuća metoda koja daje kvalitativne podatke o sklonosti čelika prema
interkristalnoj koroziji. Metoda elektrohemijske potenciokinetičke reaktivacije je kvantitativna
metoda, može biti nerazarajuća, a u izvesnoj meri pruža podatke o sklonosti nerđajućeg čelika
prema naponskoj koroziji u odgovarajućoj korozionoj sredini.
2
Uvod
Interkristalna korozija je vid lokalne korozije koji se manifestuje rastvaranjem oblasti
granica zrna. Pri laganom hlađenju ili zagrevanju, u temperaturnom intervalu od 420 do 820 oC,
po granicama zrna se izdvajaju karbidi hroma, prvenstveno (Cr,Fe)23C6. Njihovo izdvajanje
izaziva osiromašenje prigraničnih oblasti zrna hromom. Ako je sadržaj hroma ispod 12 %, što je
neophodno za održavanje zaštitnog pasivnog filma, ova oblast postaje senzibilizovana i podložna
interkristalnoj koroziji. Brzina difuzije hroma u austenitu je mala u navedenom temperaturnom
intervalu, tako da čelik postaje senzibilizovan, odnosno sklon interkristalnoj koroziji. Prigranične
zone, siromašne hromom, imaju veću brzinu rastvaranja u odnosu na ostale oblasti zrna [1-9].
Senzibilizacije se najčešće javlja u zoni uticaja toplote (ZUT-u), tokom zavarivanja, ili
prilikom žarenja u cilju smanjenja zaostalih naprezanja u zoni koja je paralelna metalu šava. Ovaj
oblik interkristalne korozije je više izražen kod gasnog nego kod elektrolučnog zavarivanja.
Takođe je više izražen pri zavarivanju debelih ploča nego tankih limova [6], što je posledica
različitih brzina hlađenja. Pri zavarivanju ploča većih debljina potrebno je, u cilju povećanja
otpornosti čelika prema interkristalnoj koroziji, izvesti neki od sledećih postupaka [7-9]:
termičku obradu zavarene konstrukcije u cilju rastvaranja hrom-karbida i izjednačavanja
koncentracije hroma. Ovakva obrada je često nepraktična kod konstrukcija većih
dimenzija, pa se može primeniti lokalna termička obrada. Međutim, lokalna obrada nije
uvek zadovoljavajuća zato što može doći do senzibilizacije zona neposredno uz termički
tretiranu oblast.
primeniti čelik sa izuzetno niskim sadržajem ugljenika (<0,04 %C).
primeniti stabilizovani čelik, tj austenitni čelik legiran Ti ili Nb.
3
Često je potrebno da se sadržaj Ni i Cr poveća u dodatnom materijalu, da bi se nadoknadili
njihovi gubici tokom zavarivanja [3].
Tradicionalno, ispitivanje stepena senzibilizacije prema interkristalnoj koroziji se izvodi
hemijskim tretmanom uzoraka u ključalom rastvoru različitih kiselina, kao što je Straus-ova
metoda u H2SO4 + CuSO4, Streicher-ova metoda u H2SO4 + Fe2(SO4)3 ili Huey test u HNO3
[5,10]. Vreme ispitivanja je relativno dugo i traje zavisno od metode ispitivanja do 10 dana.
Povećanjem koncentracije kiseline, metoda A u [11], ili dodatak ubrzivača kao što je HF, metoda
B u [11], vreme ispitivanja se skraćuje.
Znatno ubrzanje ispitivanja se postiže primenom metode elektrohemijske
potenciokinetičke reaktivacije, EPR [12-17], pri čemu se u rastvoru sumporne kiseline i kalijum-
rodanida iz pasivnog stanja uzorku pomera potencijal ka korozionom potencijalu. Pri tome dolazi
do aktiviranja granica zrna, ukoliko je čelik sklon interkristalnoj koroziji. Količina naelektrisanja
koja pri tome protekne je merilo sklonosti čelika prema interkristalnoj koroziji. Druga varijanta
ove metode je primena dvostruke petlje (DL EPR), pri čemu se prvo pomera potencijal od
korozionog potencijala u pozitivnu oblast do pasiviranja, a zatim unazad ponovo do korozionog
potencijala. Pri tome, pored rastvaranja granica zrna, dolazi i do aktiviranja pitova, ukoliko su
prisutni na površini uzorka. Faktori koji utiču na pojavu piting korozije (piting potencijal) kod
nerđajućeg čelika 19Cr-9Ni, kao što su prisustvo aktivatora (Cl - jona), inhibitora (SO42-, NO3-
joni) i uticaj temperature (kritična temperatura pitinga) su razmatrani u radovima [18-21]. Odnos
vrednosti pika povratnog reaktivacionog dela petlje prema vrednosti pika pasivacije aktivacionog
dela petlje, uzimajući u obzir veličinu zrna, je merilo sklonosti čelika prema interkristalnoj
koroziji. Ovu metodu je razradio V. Čihal [13,15] i našla je primenu za ispitivanje sklonosti
prema interkristalnoj koroziji ne samo austenitnih čelika, već i feritnih [22] i duplex nerđajućih
čelika [23].
4
Tomašov i saradnici [12,16,24] su razradili kvalitativnu metodu ispitivanja sklonosti
nerđajućih čelika prema interkristalnoj koroziji, merenjem korozionog potencijala čelika u kapi
rastvora smeše azotne kiseline, gvožđe (III) - hlorida i hlorovodonične kiseline. Tokom
odigravanja elektrohemijske korozije na površini metala se uspostavlja korozioni potencijal Ekor
(mešoviti potencijal), pri kome je brzina anodnog procesa jednaka brzini katodnog procesa.
Vrednost korozionog potencijala zavisi od prirode metala, stanja njegove površine, sastava i
koncentracije elektrolita, temperature itd. Nerđajući čelik u aktivnom (senzibilizovanom) stanju
ima negativnu vrednost korozionog potencijala, a u pasivnom stanju pozitivnu vrednost
korozionog potencijala. Priroda korozionog potencijala nerđajućeg čelika 19Cr-9Ni u kiselom
rastvoru koji sadrži hloridne jone je razmatrana u radovima [25,26]. U radovima [12,16] je
opisano više elektrohemijskih metoda ispitivanja sklonosti nerđajućih čelika prema interkristalnoj
koroziji.
EKSPERIMENTALNI DEO
Materijal i uslovi zavarivanja
U tabeli 1 je dat hemijski sastav nerđajućeg čelika 19Cr-9Ni. Zavarivanje je vršeno TIG
postupkom u zaštitnoj atmosferi argona. Kao dodatni materijal korišćena je elektrodna žica G 19
9 L Si.
Tabela 1.
5
Elektrolučno zavarivanje ploče debljine 12 mm je izvršeno na pripremljenom žljebu X
oblika, prethodno fino brušenom, a zatim odmašćenom i osušenom. Zavarivanje je izvršeno
standardnim TIG postupkom u 6 prolaza. Posle zavarivanja ploča je očišćena četkom od
nerđajućeg čelika, a zatim mašinski obrađena sa obe strane do debljine 5 mm.
Kvalitet zavarenog spoja, odnosno eventualno prisustvo prslina, pora ili sličnih defekata u
zavarenom spoju je provereno radiografskom metodom primenom X-zraka na industrijskom
rentgenu Baltpost 200 kV, pri naponu 135 kV i struji 5 mA. Snimanje je izvršeno na filmu AGFA
D5, tip folije Pb na rastojanju 700 mm, u skladu sa standardom EN 1435 [27]. Radiografski
snimak jednog uzorka od nerđajućeg čelika 19Cr-9Ni sa zavarenim spojem na kom je primećena
greška nastala usled zavarivanja je prikazana na slici 1 (strelica na slici pokazuje mesto nalaženja
greške u zavarenom spoju). Taj uzorak je izdvojen i nije dalje ispitivan na sklonost prema
interkristalnoj koroziji. Na ostalim uzorcima nisu primećeni bilo kakvi nedostaci, ili greške u
zavarenom spoju.
Slika 1.
Pre izvođenja ispitivanja stepena senzibilizacije, uzorci od nerđajućeg čelika su brušeni
prvo brusnom hartijom finoće 600, zatim sve finijom hartijom do finoće 4000, dok se nisu
uklonili risevi od predhodnih brušenja. Nakon toga uzorci su odmašćeni acetonom, isprani
bidestilovanom vodom i osušeni na vazduhu. Za pripremanje rastvora korišćena je bidestilovana
voda i hemikalije analitičke čistoće. Svi potencijali navedeni u ovom radu su dati u odnosu na
zasićenu kalomelovu elektrodu (ZKE).
Elektrohemijska potenciokinetička reaktivacija
6
Sklonost prema interkristalnoj koroziji je određivana metodom elektrohemijske
potenciokinetičke reaktivacije sa dvostrukom petljom (DL EPR) u rastvoru 0,5 mol dm -3 H2SO4 +
0,01 mol dm-3 KSCN [15]. Ispitivanja su vršena neposredno uz metal šava u zoni uticaja toplote,
metalu šava i osnovnom metalu.
Korišćena je uobičajena elektrohemijska ćelija sa zasićenom kalomelovom elektrodom
(ZKE) kao referentnom elektrodom i platinskom mrežom kao kontra elektrodom. Radna
elektroda je ispitivani uzorak površine 1 cm2, postavljen u specijalni držač. Za izvođenje
ispitivanja korišćen je GAMRY, Reference 600, potenciostat/galvanostat/ZRA. Brzina promene
potencijala je bila 2 mV/s, polazeći od korozionog potencijala (između -350 mV i -450 mV) gde
je uzorak držan 5 minuta, a zatim se potencijal pomerao do pasivnog stanja (300 mV)
naznačenom brzinom promene potencijala (pasivacioni deo petlje). Neposredno po dostizanju tog
potencijala promenjen je smer polarizacije i uzorak je vraćen (reaktivacioni deo petlje) do
korozionog potencijala. Odnos struje pika reaktivacije prema struji pika pasivacije (Ir/Ip)
uzimajući u obzir veličinu zrna (G) je merilo stepena senzibilizacije nerđajućeg čelika prema
interkristalnoj koroziji.
Merenje korozionog potencijala
Metoda se sastoji u držanju kapi rastvora 5 % HNO3 + 20 g dm-3 FeCl3 6H2O + 90 g dm-3
HCl, sobne temperature, na površini nerđajućeg čelika (osnovnog metala, ZUT-a i metala šava) i
merenju korozionog potencijala čelika u toj kapi rastvora [12,16,24]. Površina za merenje
korozionog potencijala je ograničena pomoću PVC izolacione trake sa izbušenim otvorima
prečnika 6 mm (otvori kružnog oblika na PVC traci su nanošeni zumbom za papir). Posle
7
lepljenja PVC trake na površinu čelika, u otvore je pažljivo sipano 1-2 kapi rastvora za
ispitivanje, postavljena ćelija sa ZKE i priključen multimetar unutrašnjeg otpora od 107 .
Za određivanje korozionog potencijala napravljena je mala elektrohemijska ćelija sa
duplim plaštom. Na dnu unutrašnjeg dela ćelije se nalazi frita od keramičnog materijala, a na dnu
spoljašnjeg dela uski otvor prečnika 1 mm. U unutrašnji deo ćelije se sipa zasićeni rastvor KCl, a
u spoljašnji deo ćelije rastvor za ispitivanje. Nakon toga u ćeliju se postavlja ZKE. Električni
kontakt između kapi rastvora na površini nerđajućeg čelika i ZKE se ostvaruje kroz uski otvor i
kroz keramičku fritu.
Meren je korozioni potencijal nerđajućeg čelika u vremenu od 120 s. Kontrolisan je
osnovni metal, ZUT i metal šava na 5 mesta. Nerđajući čelik se smatra otpornim prema
interkristalnoj koroziji ako se dobije pozitivna vrednost korozionog potencijala (Ekor > 0), a
neotpornim ako se dobije negativna vrednost korozionog potencijala (Ekor < 0).
Metalografska ispitivanja
U cilju lakšeg uočavanja položaja metala šava zavarenog spoja, uzorci su tretirani u
rastvoru sastava: 20 cm3 destilovane vode + 4 g CuSO4 5H2O + 20 cm3 HCl (ρ = 1,19 g cm-3)
[28]. Nagrizanje je vršeno na sobnoj temperaturi, u intervalu od 1-3 min.
Veličina zrna (G), koja se koristi pri proračunu stepena senzibilizacije, je određena
optičkim mikroskopom Neophot 30, sa kamerom Sanyo digital color CCD, u saglasnosti sa
standardom ISO 643 [29]. Uzorci su posle sečenja brušeni hartijom do finoće 1500 i polirani sa
suspenzijom Al2O3, finoće 1 m, a zatim nagriženi u rastvoru [28] koji sadrži : 92 cm3 HCl
(ρ=1,18 g/cm3) + 5 cm3 H2SO4 (ρ=1,83 g/cm3) + 3 cm3 HNO3 (ρ=1,4 g/cm3) na sobnoj
temperaturi. Veličina zrna je određena pri povećanju 100X, u zoni uticaja toplote, kao i u
8
osnovnom metalu. Mikrostruktura metala šava, zone uticaja toplote i osnovnog metala je snimana
pri uvećanju 250x.
REZULTATI I DISKUSIJA
Metalografska ispitivanja
Na slici 2 prikazana je makrostruktura zavarenog spoja nerđajućeg čelika 19Cr-9Ni, kao i
mikrostruktura osnovnog metala (2a), zone uticaja toplote (2b), linije stapanja (2c) i metala šava
(2d).
Veličina zrna je određena u skladu sa standardom [29]. U osnovnom metalu veličina zrna
je iznosila G8, a u ZUT-u orijentaciono G6-G7, obzirom da se u ZUT-u veličina zrna nije mogla
precizno odrediti. U metalu šava veličinu zrna nije bilo moguće odrediti, zbog dendritne strukture
metala šava (slika 2d).
Slika 2.
Elektrohemijska potenciokinetička reaktivacija
Ispitivanja stepena senzibilizacije zavarenog spoja nerđajućeg čelika 19Cr-9Ni su vršena
primenom DL EPR metode, polazeći od korozionog potencijala na kome je uzorak držan
određeno vreme, a zatim se potencijal pomerao do pasivnog stanja (300 mV). U ovom delu
ciklusa cela površina uzorka (zrna i granice zrna) se nalazila u aktivnom stanju i rastvarala se.
Dostizanjem pika pasivacije uzorak je počeo da se pasivira i daljim pomeranjem potencijala u
9
anodnu oblast, uzorak se potpuno pasivirao. Nakon dostizanja potencijala uzorka u pasivnom
stanju od 300 mV, promenjen je smer polarizacije. Potencijal uzorka je pomeran u suprotnom
pravcu (povratni deo petlje-reaktivacija), pri čemu se aktivira samo oblast neposredno uz granicu
zrna koja je osiromašena sa hromom.
Rezultati ispitivanja stepena senzibilizacije nerđajućeg čelika su prikazani na slikama 3-5,
za merna mesta u osnovnom metalu (slika 3), zoni uticaja toplote (slika 4) i u metalu šava (slika
5). Prikazane su eksperimentalne krive pasivacije (→), sa odgovarajućom strujom pika pasivacije
(Ip) i krive reaktivacije uzorka (←), sa odgovarajućom strujom pika reaktivacije (Ir).
Slika 3.
Slika 4.
Slika 5.
U tabeli 2 su date izmerene vrednosti struja pika pasivacije (Ip) i struja pika reaktivacije
(Ir), kao i njihovog odnosa (Ir/Ip). Proračun stepena senzibilizacije (Ir/Ip)GBA, koji pored Ir, Ip, zavisi
i od veličine zrna, G, je izveden primenom jednačine [15]:
(Ir/Ip)GBA = (Ir/Ip)/(10-3√2G+5) (1)
10
Pored toga, u tabeli 2 su date vrednosti korozionog potencijala Ekor, koji se uspostavljao
na ispitivanoj površini, pre početka potenciodinamičkih merenja. Korozioni potencijal je bio
stabilan.
Tabela 2.
Nerđajući čelik je senzibilizovan, odnosno sklon prema interkristalnoj koroziji, prema
navedenom standardu, ako je Ir/Ip > 0.05; odnosno (Ir/Ip)GBA > 20. Čelik je potpuno otporan prema
interkristalnoj koroziji ako je Ir/Ip < 0.01. Između tih graničnih vrednosti nerđajući čelik je blago
senzibilizovan. Prema [16] nerđajući čelik je senzibilizovan prema interkristalnoj koroziji, u istim
uslovima ispitivanja, ako je Ir/Ip > 0,11.
Dobijeni rezultati (slike 3-5) pokazuju da je nerđajući čelik van zavarenog spoja (osnovni
metal) praktično potpuno otporan prema interkristalnoj koroziji. Vrednost Ir/Ip malo veća od 0,01
(0,0131) je verovatno posledica postojanja određenog broja aktivnih pitova na ispitivanoj
površini nerđajućeg čelika, bilo unutar zrna ili na granici zrna. Zona uticaja toplote je
senzibilizovana, odnosno sklona prema interkristalnoj koroziji, u skladu sa ISO standardom [15].
Međutim, prema GOST standardu [16] čelik je još uvek otporan prema interkristalnoj koroziji.
Prema tome, može se smatrati da se čelik nalazi na granici sklonosti prema ovom vidu korozije.
Metal šava ima Ir/Ip u granicama blage senzibilizacije prema interkristalnoj koroziji. Obzirom da
je metal šava usled postojanja strukturne i hemijske heterogenosti (slika 2d) podložniji piting
koroziji nego osnovni metal dobija se nešto veći odnos repasivacione prema pasivacionoj struji
[1].
Senzibilizovana struktura je podložna naponskoj koroziji u prisustvu spoljnih i/ili
unutrašnjih naprezanja (nastalih tokom zavarivanja) i odgovarajuće korozione sredine (Cl- jona).
Zbog toga ova ispitivanja istovremeno pokazuju u izvesnoj meri sklonost zavarenog spoja
11
nerđajućeg čelika prema naponskoj i piting koroziji. Dobijena je dobra saglasnost rezultata
ispitivanja interkristalne korozije nerđajućih čelika primenom DL EPR metode i rezultata
ispitivanja naponske korozije SSRT metodom (metoda male brzine zatezanja uzoraka) [4].
Merenje korozionog potencijala
Otkrivanje oblasti uz granicu zrna u kojima je smanjena koncentracija hroma je moguće
zbog njihove olakšane aktivacije u rastvoru HNO3 + FeCl3 6H2O + HCl. Smanjenje koncentracije
hroma na granicama zrna u prisustvu aktivatora-hloridnih jona dovodi do obrazovanja pitinga na
tim mestima, pri čemu samo zrno koje ima veću koncentraciju hroma ne podleže piting koroziji.
Poznato je da nerđajući čelici posle žarenja (senzibilizacije) često imaju nisku otpornost prema
piting koroziji [7,8]. Osim aktivatora (Cl- jona) rastvor za ispitivanje sadrži i oksidaciono
sredstvo (HNO3), koje omogućava obrazovanje stabilne pasivacije nerđajućeg čelika koji nije
sklon interkristalnoj koroziji. Iz tog razloga se ispitivanja izvode u 5% rastvoru HNO3 uz dodatak
20 g dm-3 jakog bezkiseoničnog oksidacionog sredstva (FeCl3 6H2O) i uz dodatak različite
količine HCl. Ova kombinacija komponenata rastvora omogućava lako variranje aktivnosti
rastvora, što je neophodno tokom ispitivanja različitih klasa nerđajućih čelika.
U tabeli 3 su dati rezultati merenja korozionog potencijala nerđajućeg čelika 19Cr-9Ni u
kapi rastvora. Četiri od pet merenja Ekor na osnovnom metalu i u metalu šava posle 120 s su dala
pozitivnu vrednost korozionog potencijala. Međutim, pri jednom merenju iz nepoznatog razloga
je dobijena negativna vrednost Ekor, kako na osnovnom metalu tako i na metalu šava. U takvim
slučajevima [16] može se smatrati da su osnovni metal, odnosno metal šava otporni prema
interkristalnoj koroziji.
Tabela 3.
12
S druge strane pet merenja Ekor u zoni uticaja toplote su pokazala negativnu vrednost
korozionog potencijala. Ponavljanjem ovog jednostavnog eksperimenta je dobijena negativna
vrednost korozionog potencijala kod četiri merenja. Pri petom merenju je dobijena pozitivna
vrednost Ekor. U saglasnosti sa standardom [16] zona uticaja toplote je senzibilizovana prema
interkristalnoj koroziji.
Na osnovu rezultata prikazanih u tabeli 3 može se zaključiti da su metal šava zavarenog
spoja, kao i osnovni metal (tj. austenitni nerđajući čelik 19Cr-9Ni) otporni prema interkristalnoj
koroziji dok je zona uticaja toplote senzibilizovana.
ZAKLJUČAK
Ispitivan je stepen senzibilizacije zavarenog spoja austenitnog nerđajućeg čelika 19Cr-9Ni
elektrohemijskim metodama: elektrohemijske potenciokinetičke reaktivacije sa povratnom
petljom (DL EPR) u rastvoru H2SO4 + KSCN i merenjem korozionog potencijala u kapi rastvora
HNO3 + FeCl3 6H2O + HCl. Kvalitet zavarenog spoja je kontrolisan radiografskom metodom
pomoću X-zraka, a veličina zrna je određivana primenom optičkog mikroskopa.
Metoda merenja korozionog potencijala u cilju određivanja sklonosti nerđajućeg čelika
prema interkristalnoj koroziji je jednostavna, kvalitativna, nerazarajuća metoda koja ne zahteva
skupu opremu. Može se primeniti na terenu na gotovim proizvodima od nerđajućih čelika sa
određenim stepenom pouzdanosti. Rezultati ispitivanja primenom ove metode su pokazali da su
osnovni metal i metal šava otporni prema interkristalnoj koroziji, a da je zona uticaja toplote
(ZUT) senzibilizovana.
13
Metoda elektrohemijske potenciokinetičke reaktivacije sa povratnom petljom (DL EPR)
je kvantitativna metoda ispitivanja stepena senzibilizacije nerđajućih čelika. Primenom ove
metode moguće je uočiti male razlike u sklonosti čelika prema interkristalnoj koroziji, naročito
ako stepen senzibilizacije nije isuviše visok. Uz izvesnu modifikaciju opreme metoda se može
primeniti i na terenu na gotovim proizvodima od nerđajućih čelika. Rezultati ispitivanja
primenom DL EPR metode su pokazali da su osnovni metal i metal šava neznatno
senzibilizovani, a da je zona uticaja toplote (ZUT) na granici visoke sklonosti prema
interkristalnoj koroziji. Postoji značajan stepen saglasnosti rezultata ispitivanja stepena
senzibilizacije prema interkristalnoj koroziji nerđajućeg čelika 19Cr-9Ni DL EPR metodom sa
rezultatima ispitivanja metodom merenja korozionog potencijala u kapi rastvora.
Senzibilizovana struktura nerđajućeg čelika je podložna naponskoj koroziji u prisustvu
spolja nametnutih ili unutrašnjih naprezanja (nastalih tokom zavarivanja) i odgovarajuće
korozione sredine (Cl- jona). To znači da ova ispitivanja istovremeno pokazuju sklonost
zavarenog spoja nerđajućeg čelika prema naponskoj koroziji i piting koroziji.
Zahvalnica
Rad je finansiran od strane Ministarstva za nauku i tehnološki razvoj republike Srbije, projekti
No. 19023 i No. 19205.
Autori se najlepše zahvaljuju kolektivu Instituta Goša i katedri za Fizičku hemiju i elktrohemiju
Tehnološko-metalurškog fakulteta Univerziteta u Beogradu na pomoći tokom izvođenja
eksperimenata.
14
LITERATURA
[1] J.R. Davis, Corrosion of Weldments, ASM International, Materials Park, Ohio, USA, 2006., p. 43-75.
[2] V. Čihal, Mežkristallitnaja korrozija neržavejušćih stalej. Perevod s češskogo. Himija, Leningradskoe otdelenie, 1969.
[3] S. Kou, Welding Metalurgy, Sec. Ed., John Wiley and Sons, New Jersey, USA, 2003., p. 431-454.
[4] E.E Stansbury and R.A. Buchanan, Fundamentals of Electrochemical Corrosion, ASM International, Materials Park, Ohio, USA, 2004., p. 340-363.
[5] P. McIntyre and A.D. Mercer, Corrosion testing, monitoring and inspection, Corrosion, Vol 1 and 2, Ed. L.L. Shreir, R.A. Jarman and G.T. Burstein, Oxford, Great Britain, 2000., 19.57-19.71.
[6] R.A. Jarman, Desing in Relation to Welding and Joining, Corrosion, Ed. L.L. Shreir, R.A. Jarman and G.T. Burstein, Oxford, Great Britain, 2000., 9:85-9:106.
[7] B. Bobić i B. Jegdić, Korozija zavarenih spojeva, Deo I: Vidovi korozije zavarenih spojeva, Zavarivanje i zavarene konstrukcije, 50 (2005) 33-39.
[8] B. Bobić i B. Jegdić, Korozija zavarenih spojeva, Deo III: Nerđajući čelici, Zavarivanje i zavarene konstrukcije, 50 (2005) 217-223.
[9] B. Bobić i B. Jegdić, Korozija zavarenih spojeva, Deo V: Metode ispitivanja i postupci sprečavanja korozije, Zavarivanje i zavarene konstrukcije, 51 (2006) 77-85.
[10] B. Phull, Evaluating Intergranular Corrosion, Corrosion: Fundamentals, Testing, and Protection, Vol. 13A, ASM Handbook, ASM International, 2003, p 568–571.
[11] Accelerated corrosion test for intergranular corrosion susceptibility of austenitic stainless steels – ISO 21610: 2010.
[12] V.M Knjaževa, Razrabotka i perspektivi praktičeskogo primenenija uskorennih metodov ispitanija korrosionnostojkih stalej na ustojčivost protiv mežkristallitnoj korrozii, Itogi nauki i tehniki, Serija Korrozija i zašćita ot korroziji, redaktor Ja.M. Kolotirkin, Tom 11, 1985., 72-102.
[13] V. Čihal, S. Lasek, M. Blahetova, E. Kalabisova and Z. Krhutova, Trends in the Electrochemical Polarization Potentiodynamic Reactivation Method-EPR, Review, Chem. Biochem. Eng. Q. 21 (2007) 47-54.
[14] J.R. Scully and R.G. Kelly, Methods for Determining Aqueous Corrosion Reaction Rates, Corrosion: Fundamentals, Testing, and Protection, Vol. 13A, ASM Handbook, ASM International, 2003, p 68–86.
[15] Electrochemical potentiokinetic reactivation measurement using the double loop method (based on Čihal´s method) - ISO 12732:2006.
[16] Stali korrozionnostojkie austenitnie. Elektrohimičeskie metodi opredelenija stokosti protiv mežkristallitnoj korrozii – GOST 9.914:1991.
15
[17] Electrochemical Reactivation (EPR) for Detecting Sensitization of AISI Type 304 and 304L Stainless Steels –ASTM G 108: 1999.
[18] B. Bobić i B. Jegdić, Piting korozija nerđajućih čelika. Deo I: Teoretske osnove i metode ispitivanja, Zaštita materijala, 46 (2005) 23-30.
[19] B. Jegdić i B. Bobić, Piting korozija nerđajućih čelika. Deo II: Uticaj nitratnih jona na piting koroziju nerđajućih čelika u rastvoru hlorida, Zaštita materijala, 46 (2005) 25-30.
[20] B. Bobić i B. Jegdić, Piting korozija nerđajućih čelika, Deo III: Uticaj sulfatnih jona na piting koroziju nerđajućih čelika u rastvorima hlorida, Zaštita materijala, 47 (2006) 17-22.
[21] B. Bobić and B. Jegdić, Pitting Corrosion of stainless Steels in Chloride Solutions, Scientific-Technical Rewiew, Vol. LV, No.3-4 (2005) 3-8.
[22] H. Sidhom, T. Amadou, and C. Braham, Evaluation by the Double Loop Electrochemical Potentiokinetic Reactivation Test of Aged Ferritic Stainless Steel Intergranular Corrosion Susceptibility, Metal. Mater. Trans. A, 41A (2010) 3136-3150.
[23] Jia Gong, Y.M. Jiang, B. Deng, J.L. Xu, J.P. Hu and Jin Li, Evaluation of intergranular corrosion susceptibility of UNS S31803 duplex stainless steel with an optimized double loop electrochemical potentiokinetic reactivation method, Electrochim. Acta, 55 (2010) 5077-5083.
[24] N.D. Tomašov, G.P. Černova, M.Ja. Rutten, Issledovanie elektrohimičeskogo povedenija neržavejušćih stalej v rastvore azotnoj kisloti s dobavkami hlornogo železa i soljanoj kisloti, Zašćita Metallov, Tom XVIII, No.6, 1982., 850-858.
[25] B. Jegdić, D. M. Dražić, J. P. Popić, Open circuit potentials of metallic chromium and 304 stainlass steel in aqueus sulphuric acid solution and the influence of chloride ions on them, Corr. Sci. 50 (2008) 1235-1244.
[26] B. Jegdić, D. M. Dražić and J. P. Popić, Corrosion potential of 304 stainless steel in sulfuric acid, J. Serb. Chem. Soc. 71 (2006) 543-551.
[27] Non-destructive examination of welds. Radiographic examination of welded joints - EN 1435:1997.
[28] Stali i splavi korrosionno-stojkie. Metodi ispitanij na stojkost k mežkristallitnoj korrozii - GOST 6032:2003.
[29] Micrographic determination of the apparent grain size-ISO 643:2003.
16
SCIENTIFIC PAPER
Application of electrochemical methods for investigation of the intergranular
corrosion welded joint austenitic stainless steel 19Cr-9Ni.
B.V. Jegdić1, A.B. Alil1 Z. Milutinović1, Z. Odanović2, B. Gligorijević1 and B.T. Katavić1
1Institute GOŠA, Milana Rakića 35, 11000 Belgrade2 Institute IMS, Bulevar vojvode Mišića 43, 11000 Belgrade
Summary:
Degree of sensitization of welded joints of the austenitic stainless steel were investigated
by electrochemical methods: the double loop electrochemical potentiokinetic reactivation (DL
EPR) in H2SO4 + KSCN solution and by measurement of the corrosion potentials of steel in drop
of solution HNO3 + FeCl3 6H2O + HCl. The welded joints were tested by a radiographic method
by X-ray against possible presence of the weld defects. Grain size of the base metal and the
welded joints were determined applying an optical microscopy. It is shown existence of
compatibility between the results of different electrochemical methods. Heat affected zone (HAZ)
showed significant degree of sensitization of welded joints of the austenitic stainless steel. The
corrosion potentials measurement method is simple, nondestructive method, that gives qualitative
informations about degree of the sensitizations of the stainless steel. The double loop
electrochemical potentiokinetic method gives quantitative evidence about susceptibility of the
stainless steel to intergranular corrosion. This method can be applied with some adaptation in
field environments.
Key words: stainless steels, welded joints, intergranular corrosion, test methods,
electrochemistry.
Ključne reči: nerđajući čelici, zavareni spojevi, interkristalna korozija, metode ispitivanja,
elektrohemija
17
TABELETABLES
Tabela 1. Hemijski sastav nerđajućeg čelika 19Cr-9Ni.Table 1. Chemical composition of the stainless steel 19Cr-9Ni.
Element Cr Ni C Mn Si S
Mas. % 18,24 8,18 0,04 1,88 0,31 0,001
Tabela 2. Rezultati ispitivanja metodom DL EPR nerđajućeg čelika 19Cr-9Ni.Table 2. DL EPR testing results of the stainless steel 19Cr-9Ni.
Mesto merenja
Ekor
(V vs. ZKE)
Ip (A) Ir (A) Ir/Ip Veličina zrna
(Ir/Ip)GBA
Osnovni metal
-0,430 0.0320 0.00042 0.0131 G8 14,5
ZUT -0,420 0.0310 0.00220 0.0710 G6-G7 11,1-15,7
Metal šava
-0,435 0.0240 0.00050 0.0208 - -
Tabela 3. Rezultati merenja korozionog potencijala nerđajućeg čelika 19Cr-9Ni.Table 3. Corrosion potential measurement results of the stainless steel 19Cr-9Ni.
Broj merenja Ekor.osn.metal (mV) Ekor.ZUT (mV) Ekor.metal.šava (mV)
1 425 -315 450
2 495 -280 485
3 440 -295 -280
4 -275 -320 475
5 435 -335 445
18
NASLOVI TABELA
TABLE CAPTIONS
Tabela 1. Hemijski sastav nerđajućeg čelika 19Cr-9Ni.
Table 1. Chemical composition of the stainless steel 19Cr-9Ni.
Tabela 2. Rezultati ispitivanja DL EPR metodom nerđajućeg čelika 19Cr-9Ni.
Table 2. DL EPR testing of the stainless steel 19Cr-9Ni.
Tabela 3. Rezultati merenja korozionog potencijala nerđajućeg čelika 19Cr-9Ni.
Table 3. Corrosion potential measurement results of the stainless steel 19Cr-9Ni.
19
NASLOVI SLIKA
FIGURE CAPTIONS
Slika 1. Radiografski snimak zavarenog spoja sa linijskom greškom.
Figure 1. Radiographic picture of the welded joint with linear defect.
Slika 2: Mikrostruktura zavarenog spoja: a) osnovni metal, b) zona uticaja toplote, c) linija stapanja, d) metal šava i e) makrostruktura zavarenog spoja sa oznakama mesta snimanja.
Figure 2. Microstructure of the welded joint: a) base metal, b) heat afected zone, c) fusion line, d) weld metal and e) macrostructure of the welded joint with places of shooting.
Slika 3. Ispitivanje osnovnog metala metodom DL EPR.
Figure 3. DL EPR testing of the base metal.
Slika 4. Ispitivanje zone uticaja toplote metodom DL EPR.
Figure 4. DL EPR testing of the heat efected zone.
Slika 5. Ispitivanje metala šava metodom DL EPR.
Figure 5. DL EPR testing of the weld metal.
20